CN105393292A - 具有远程传感器节点和集中数据处理的分布式传感器*** - Google Patents

具有远程传感器节点和集中数据处理的分布式传感器*** Download PDF

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Abstract

一种分布式传感器***包括一组空间上分布的基本单元和中心服务器，所述基本单元和中心服务器均与数据网络通信。每个基本单元包括控制器和一个或多个传感器模块，其中每个传感器模块包括传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数。每个基本单元经由数据网络传输与传感器模块中的每个相关联的原始传感器数据，以及中心服务器接收来自基本单元的原始传感器数据并且将所述原始传感器数据存储在数据库中。

Description

具有远程传感器节点和集中数据处理的分布式传感器***
背景技术
空气质量是相对于人的需要或目的的要求的空气状况的度量。室外空气质量监测被执行以测量空气中污染物水平，以便检测潜在的有害空气污染。室外空气质量监测通常使用在各种物理位置的监测站装置来实现。这些监测站测量空气中存在的污染物，例如一氧化碳、臭氧、颗粒物、二氧化硫(SO2)和二氧化碳(CO2)。由于在封闭空间(例如家庭、学校或工作场所)中的空气也可能被污染，室内空气质量监测正成为关注的问题。常规的空气质量监测器价格昂贵并且需要复杂的校准过程以确保准确的功能。
附图说明
本发明的各种实施例在下面的具体实施方式和附图中公开。
图1是示出了用于测量环境中的空气质量的分布式传感器***的实施例的***图。
图2示出了本发明实施例中的基本单元的无遮蔽透视图。
图3示出了本发明实施例中的基本单元的功能框图。
图4示出了本发明实施例中的校准数据表的组成。
图5是示出了本发明实施例中的集中后端校准方法的流程图。
图6是示出了本发明实施例中的原位校准方法的流程图。
图7是示出了本发明实施例中的串行连接的原位校准方法的流程图。
图8示出了本发明实施例中的校准数据表的组成。
具体实施方式
本发明可以用很多方法来实现，包括作为过程、装置、***、组合物、包含在计算机可读存储介质上的计算机程序产品、和/或处理器，例如配置成执行存储在存储器上的指令和/或由存储器提供的指令的处理器，所述存储器耦合到处理器。在本说明书中，这些实现，或本发明可以采用的任何其他形式，可以被称为技术。在一般情况下，在本发明的范围内所公开过程的步骤顺序可以改变。除非另有说明，被描述为配置成执行任务的诸如处理器或存储器的部件，其可以被实现为临时配置成在给定时间执行任务的通用部件或被制造以执行任务的特定部件。如本文中所使用的，术语“处理器”指的是一个或多个装置、电路、和/或配置成处理数据(例如，计算机程序指令)的处理内核。
下面提供了本发明的一个或多个实施例的详细描述，连同示出了本发明的原理的附图。与这样的实施相联系描述了本发明，但是本发明并不限于任何实施例。本发明的范围仅通过权利要求限定，并且本发明包含很多备选方案、修改和等效物。在下面描述中阐述了很多具体细节，以便提供对本发明的投诚的理解。为了示例的目的提供这些细节，并且本发明可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求而实施。为了清楚的目的，与本发明相关的本技术领域中已知的技术材料未被详细描述，使得不会不必要地模糊本发明。
图1是示出了用于测量环境中空气质量的分布式传感器***的实施例的***图。参照图1，分布式传感器***100包括一组在空间上分布的基本单元120，也被称为“传感器节点”或“节点”，配置成从环境获得测量。在图1中，示出了传感器节点A到C(120A到120C)。在***100中的传感器节点可以被部署在室内位置或室外位置或两者中用于监测局部空气质量。在一些实施例中，一组传感器节点策略上被部署在位置中以获得充足量的测量来评估在位置中的空气质量。例如，在一个实施例中，一组传感器节点在空间上分散在建筑物中，例如工作场所或工厂，以监测建筑物中的空气质量。
每个基本单元120包括一个或多个传感器模块(S#)以及在其中结合了收发器的控制器(CTR)。传感器模块S#结合了用于检测特定空气质量参数的传感器。传感器模块可以包括用于感测不同空气质量参数的不同类型的传感器。部署在装置中的一组基本单元120可以配置有相同传感器类型的传感器模块。例如，节点A，B和C全都包括传感器模块S1和S2。部署在装置中的一组基本单元120还可以配置有不同传感器类型的传感器模块。例如，节点B和C包括传感器模块S3而节点A不包括。如下面将更详细描述的，在本发明的分布式传感器***中的基本单元120的一个显著特征是，基本单元可配置成允许结合任何期望类型的传感器，用于测量期望的环境参数。
基本单元120中的每个包括收发器，以通过数据网络110与中央服务器102进行通信。基本单元120可以采用有线通信，例如以太网，或者无线通信，例如射频(RF)、WiFi、ZigBee或其他低功率短程无线通信协议。控制器CTR控制基本单元的感测和通信功能。
中央服务器102包括数据处理器104、校准数据数据库106、以及传感器数据数据库108。中央服务器102将经由数据网络110从基本单元120接收的原始传感器数据存储在传感器数据数据库108中。数据处理器104配置成使用存储在校准数据库106中的校准数据来处理所述原始传感器数据以生成校准的传感器数据，然后校准的传感器数据可以用于评估其中部署有传感器节点120的装置处的空气质量。校准的传感器数据还可以存储在传感器数据数据库108中。校准的传感器数据，以及原始传感器数据，可以通过一个或多个应用程序编程接口(API)访问，以允许用户监测由分布式传感器***100获得的空气质量测量。
本发明的分布式传感器***的另一个显著特征是，每个传感器模块将原始传感器数据提供到中央服务器以被存储和处理。在本说明书中，原始传感器数据指的是没有基于生成传感器数据的特定传感器的性能特性而修改或校准的传感器数据。大多数传感器具有一定量的随时间变化的非线性特性，并且传感器需要对随着时间变化的非线性或性能漂移进行校准。通常，当传感器在环境中使用时，传感器可以具有随着时间漂移的增益或偏移。常规传感器通常定期校准，例如每年，同时传感器的校准数据(例如增益校正值和偏移校正值)存储在传感器自身中，并且当传感器数据正由传感器生成时使用校准数据对传感器数据进行修改。在常规传感器中，当传感器的特性在下一个校准更新之前随着时间漂移时，对于那个传感器校准数据可能不再准确。然而，传感器将继续使用不准确的校准数据来校准或修改传感器数据。因此，常规传感器可能最终生成具有嵌入式校准误差的传感器数据，并且传感器数据被永久性损坏。在本发明的实施例中，分布式传感器***100实现集中后端校准方法，其中基本单元120向中央处理器102报告还没有被修改的原始传感器数据。原始传感器数据的校准在中央处理器102处执行以使用存储在中央服务器处的校准数据生成校准的传感器数据。原始传感器数据的可用性允许中央服务器使用更新或校正的校准数据生成校准的传感器数据，以便传感器测量的精度可以得到保证。更重要的是，当传感器的校准数据稍后被发现是不精确的并且新的校准数据被生成时，中央服务器可以通过检索那个传感器的原始传感器数据以及使用更新的校准数据再次校准原始传感器数据来重新生成校准的传感器数据。以这种方式，如果使用的校准数据被发现是不精确的，则历史传感器数据可以被校正。在常规传感器中历史传感器数据的校正是不可能的，因为在传感器处做了校准并且原始传感器数据通常是不可用的。下面将更详细地描述本发明的分布式传感器***中的集中后端校准方法。
在图1中，校准数据和传感器数据被示出为存储在两个数据库中。两个数据库可以是两个物理数据库或两个逻辑数据库。两个数据库的精确配置对于本发明的实施不是很重要。校准数据和传感器数据的存储可以在一个物理数据存储或多个物理数据存储中进行。
图2示出了本发明的实施例中的基本单元的无遮蔽透视图。参照图2，基本单元120，或传感器节点120，被密封在外壳130中，所述外壳具有形成在其上的通风口136，其使空气能够扩散或使空气能够流入外壳以到达容纳在其中的传感器。在大多数实施例中，基本单元120被外壳130完全地密封。在本图解中，外壳130的顶部被省略以示出基本单元的内部结构。基本单元120包括印刷电路板132，在其上形成控制器180。控制器180可以包括形成在印刷电路板132上的一个或多个集成电路。例如，控制器180可以包括用于支持基本单元的操作的处理器集成电路和存储器集成电路。控制器180还可以包括收发器电路以使基本单元能够与数据网路通信。控制器180可以配置成提供与数据网络的有线通信或无线通信。为了支持有线通信，基本单元120可以包括数据端口、例如USB端口137和以太网端口138，以通过有线连接连接到数据网络。如下面将更详细解释的，USB端口137还可以用于将两个或更多个基本单元串行连接在一起，例如为了校准目的。为了支持无线通信，基本单元120可以包括天线(未示出)。
在本发明的实施例中，基本单元120在其中结合了一个或多个传感器模块140。每个传感器模块140包括用于感测给定的空气质量参数的特定传感器类型的传感器。每个传感器模块140提供数字测量数据作为输出信号。每个传感器模块140配备有通用连接器，以耦合到形成在印刷电路板132上的匹配插座134。所述印刷电路板132包括一组匹配插座134以容纳一个或多个传感器模块140。在本实施例中，通用连接器是USB连接器。如因此构建的，基本单元120可以配置成包括期望传感器类型的传感器模块。可配置的基本单元120可以配置有相同传感器类型的传感器模块或不同传感器类型的传感器模块。此外，具有通用连接器的传感器模块140可拆卸地附连到基本单元，以便基本单元可以通过拆下或替换传感器模块而容易地重新配置。例如，当检测到故障时，可以用新的传感器模块替换传感器模块；或者可以用不同传感器类型的传感器模块来替换一个传感器类型的传感器模块，以监测所关注的不同空气质量参数。
匹配插座134中的每个耦合到形成在印刷电路板132上的数据总线，所述数据总线连接到控制器180。耦合到匹配插座的传感器模块140通过数据总线与控制器180通信。不管结合在基本单元中的传感器模块的数量和类型，控制器180控制并且协调传送来自传感器模块中的每个的测量数据到数据网络以及到中央服务器中。
图3示出了本发明实施例中的基本单元的功能框图。参照图3，基本单元120(或“传感器节点”)包括以一个或多个传感器模块140通信的控制器180，并且配置成控制基本单元的操作。在本图解中，基本单元包括三个传感器模块140-1到140-3。每个传感器模块140通过数据总线152提供数字测量数据到控制器180。在一个实施例中，数据总线152是串行数据总线。
控制器180包括处理器184、存储器186以及一组收发器182。控制器180与每个传感器模块进行通信，并且协调接收来自传感器模块的数字测量数据以及传送来自传感器模块的数字测量数据到数据网络。在本实施例中，控制器180包括一组收发器182以提供有线和无线的通信两者。以这种方式，当基本单元120部署在装置处时，基本单元可以使用在那个装置处可用的多种通信协议中的任何一种通信协议来与数据网络进行通信。在本实施例中，控制器180包括支持以太网、WiFi、蓝牙以及无线Mesh网络的接收器。在其他实施例中，控制器180可以支持其他有线或无线通信协议，例如ZigBee或其他低功率短程无线通信协议。
传感器模块140包括用于测量给定的空气质量参数的特定传感器类型的传感器142。例如，传感器142可以是测量空气中的污染物的传感器，例如一氧化碳(CO)传感器、臭氧(O3)传感器、二氧化硫(SO2)传感器或二氧化碳(CO2)传感器。传感器142还可以是用于测量空气中颗粒物的传感器。传感器142通常提供电流值或电压值作为模拟输出信号。模拟输出信号耦合到模拟前端电路144，其放大和制约模拟输出信号。然后放大的模拟输出信号被提供到模拟-数字转换器(ADC)146以被数字化为数字传感器输出信号。数字传感器输出信号被提供到微控制器148，其与接口150进行通信以传输数字传感器输出信号到数据总线152上。在本实施例中，微控制器148将数字传感器输出信号格式化为串行数据流，所述串行数据流被传输到数据总线152上。图2中的传感器模块140的配置仅是说明性的并且不打算限制。传感器模块140的精确配置对于本发明的实施不是很重要，只要传感器模块将数据总线上的数字传感器输出信号提供到控制器180。在其他实施例中，传感器142可以直接提供数字传感器输出信号。在那种情况下，传感器模块140不需要包括模拟前端电路或ADC。
如因此配置的，传感器模块140-1到140-3中的每个测量由传感器142指定的空气质量参数。每个传感器模块140-1到140-3提供数字传感器输出信号到控制器180。在基本单元120中的控制器180接收来自一个或多个传感器模块140-1到140-3的数字传感器输出信号。控制器180可以将数字传感器输出信号存储在存储器186中，直到传输到中央服务器。控制器180通过由收发器182支持的通信协议中的一种连接到数据网络。控制器180操作以传送作为原始传感器数据的数字传感器输出信号到中央服务器用于进一步处理。值得注意的是，控制器180不修改或校准数字传感器输出信号，并且没有与传感器142相关联的校准数据存储在基本单元中。
参照图1-3，在分布式传感器***100中，多个传感器节点120可以部署在装置中。传感器节点中的每个提供其已经取得的测量的原始传感器数据到中央服务器。分布式传感器***100实现集中后端校准方案以在中央服务器处执行原始传感器数据的校准，以减轻每个传感器节点存储校准数据和校准测量数据的负担。集中后端校准方案还具有增强传感器数据完整性的好处，因为原始传感器数据将来可以使用校正或更新的校准数据进行校准。
在本发明的实施例中，中心服务器102将用于部署在装置中的所有传感器的校准数据存储在数据库106中。用于传感器的校准数据可以源自制造商。在制造现场的传感器的最终测试期间，传感器可以配备一组校准数据，例如增益和偏移校正值。传感器还在部署前或部署时进行测试，以获得用于那个传感器的一组校准数据。在本发明的实施例中，用于传感器的一组校准数据通过传感器识别符(传感器ID)和板识别符(板ID)来识别，使得每组校准数据与连接到传感器节点的特定印刷电路板的特定传感器唯一地相关联。此外，由在传感器节点中的每个传感器提供的原始传感器数据被类似地识别，使得每组原始传感器数据与传感器节点的特定印刷电路板上的特定传感器唯一地相关联。例如，在数字传感器输出信号被传输到中心服务器之前，控制器180将板ID和传感器ID附加到每个传感器模块的数字传感器输出信号。以这种方式，当原始传感器数据被传输到中心服务器时，通过板识别符和传感器识别符原始传感器数据可以容易地与相关联的校准数据进行配对。
如图2中示出的，传感器节点120包括印刷电路板132，所述印刷电路板132具有形成在其上的控制器180。板ID用于唯一地识别在基本单元中的印刷电路板132和形成在其上的控制器180。换言之，板ID唯一地识别基本单元或传感器节点。在一个实施例中，板ID是分配给印刷电路板的MAC地址。传感器ID唯一地识别传感器模块140或传感器模块140中的传感器。在一个实施例中，传感器ID是传感器模块140中传感器的序列号。因此，通过使用板ID和传感器ID，结合在传感器节点120中的传感器的校准数据和原始传感器数据可以被唯一地识别。板ID和传感器ID的组合识别结合在具有特定板ID的特定传感器节点中的特定传感器。更重要的是，传感器模块140可以从一个传感器节点中卸下并且结合到另一个传感器节点中。传感器模块的原始传感器数据现在将与新的板ID相关联，尽管传感器ID保持相同。通过使用板ID和传感器ID两者对传感器数据(原始传感器数据或校准数据)进行识别，保持传感器的传感器数据的可追溯性，不管传感器结合在哪个传感器节点中。
图4示出了本发明实施例中的校准数据表的组成。校准数据表可以被存储在中心服务器102中的校准数据库106中。参照图4，校准数据表200包括多个条目的校准数据，其中每个条目由传感器ID和板ID识别。对于每个条目的给定传感器ID和给定板ID，传感器的一组校准数据值被存储。在一些实施例中，当校准数据被认为是有效的时，每个条目还与指示日期范围或时间范围的校准时间标记和有效日期范围相关联。例如，分布式传感器***100可以每执行一次某些传感器的校准。在那种情况下，所述传感器的校准数据将被给定有效的日期范围(开始日期和结束日期)，并且取得的校准日期被记录在时间标记中。如果，因为某些原因，一周过去了而未执行重新校准，则中心服务器可以从表200中的有效日期范围获知所述传感器的校准数据已过期。
在本发明的实施例中，传感器的校准数据值包括一个或多个校准项，包括但不限于，增益校正值、偏移校正值、斜率校正值、非线性标度值。校准项可以进一步包括漏电流校正值、温度补偿因子和ADC设置。在一些应用中，校准数据表可以被设置以包括一组给定的校准项，例如增益和偏移校正，并且后来发现新的校准条件以提高传感器测量的精度。例如，ADC增益的校正项可以被引入以提高传感器测量的精度。在那种情况下，校准数据表200可以被更新以包括新的校准项。对于每个受影响的传感器，中心服务器可以使用存储在传感器数据数据库108中的原始传感器数据和存储在校准数据数据库106中的更新的校准数据来重新生成校准的传感器数据。以这种方式，集中后端校准方案使能准确历史传感器数据分析。
图4中的校准数据表200仅是说明性的。在其他实施例中，校准数据表可以存储与每个传感器ID相关联的其他数据。例如，校准数据表可以包括识别传感器类型或其他参考信息的数据。校准数据表可以进一步包括有效指示器以指示所述传感器ID和所述板ID的校准数据是否应当用于校准原始传感器数据。校准数据表的备选实施例在图8中示出。
图5是示出了本发明实施例中的集中后端校准方法的流程图。参照图5，集中后端校准方法250可以被实现在分布式传感器***100中的中心服务器102中，用于由从装置中的一个或多个传感器节点接收的原始传感器数据生成校准的传感器数据。在252，方法250保持在***100中的每个传感器节点中的每个传感器的校准数据。在一个实施例中，校准数据被存储在校准数据数据库106中，并且校准数据被保持在校准数据表中。每个条目的校准数据由传感器ID和板ID进行识别。在254，中心服务器102经由数据网络接收来自一个或多个传感器节点的数字传感器输出信号形式的原始传感器数据。在256，中心服务器102中的数据处理器104通过与每条原始传感器数据相关联的传感器ID和板ID识别原始传感器数据。方法250可以将原始传感器数据存储在传感器数据数据库108中。
在258，基于识别的传感器ID和板ID，数据处理器104检索与传感器ID和板ID相关联的校准数据值。在260，然后数据处理器104使用检索的所述传感器ID和所述板ID的校准数据值来调整或修改或校准原始传感器数据。以这种方式，方法250生成校准的传感器数据(262)。校准的传感器数据可以被存储在传感器数据数据库108中。
图5中的方法250描述了后端校准方法，其用于生成从一个或多个传感器节点接收的原始传感器数据的校准的传感器数据。方法250还可以适用于执行历史传感器数据分析。也就是，由于原始传感器数据被存储在传感器数据数据库中，方法250可以适用于重新计算校准的传感器数据，例如当一个或多个传感器的校准数据值已经被更新时。在那种情况下，方法250检索存储在传感器数据数据库中的传感器ID和板ID的原始传感器数据，而不是从传感器节点接收原始传感器数据。然后检索的原始传感器数据可以通过传感器ID和板ID与存储在校准数据数据库中的校准数据值进行配对。数据处理器104由检索的原始传感器数据和更新的校准数据值来生成更新的校准的传感器数据。
在本发明的分布式传感器***中，传感器测量的精度很大程度上取决于每个传感器的校准数据的精度。由于传感器性能具有随时间偏移的趋势，在一个时间点获得的校准数据可能随时间变得不准确并且将误差引入到校准的传感器数据。因此，常常需要定期执行传感器的重新校准，以更新传感器的校准数据值。在本发明的实施例中，分布式传感器***实现一个或多个传感器校准方法以促进装置中的基本单元中的传感器的重新校准，以确保在中心服务器中的校准数据的精度。
在一个实施例中，分布式传感器***使用“极好的(golden)”传感器或参考传感器来实现原位极好的传感器校准方法。在本说明书中，“极好的传感器”或“参考传感器”是指具有已知和验证的性能特性的相同类型的另一个传感器可以被测试或与之进行比较的传感器。再次参照图2，基本单元120包括数据端口137，其可以用于促进原位极好的传感器校准。在本发明的实施例中，包含与基本单元中的传感器模块中的一个相同的传感器类型的极好的传感器的传感器模块被连接到数据端口137。在一些情况下，极好的传感器应该被放置在被测试模块附近一段时间，以允许极好的传感器适应与被测试模块相同的环境条件。
具有这样耦合的极好的传感器，极好的传感器取得传感器测量数据，所述传感器测量数据通过操作具有极好的传感器的传感器ID和基本单元120的板ID的控制器180被传输到中心服务器。中心服务器通过传感器ID识别作为源自极好的传感器的极好的或参考传感器测量接收的原始传感器数据，并且还通过板ID识别基本单元，极好的传感器附连到所述基本单元。同时，中心服务器还从基本单元中的被测试传感器接收作为测试传感器测量的原始传感器数据，其由被测试的传感器的传感器ID以及板ID识别。因为极好的传感器被放置在被测试的传感器的附近，由极好的传感器和被测试的传感器生成的传感器测量应该是大致相同的。接收极好的传感器测量和测试传感器测量的中心服务器，因此可以导出应用于被测试的传感器的校正因子以提高传感器测量的精度。更新的校准数据值被存储在被测试的传感器的校准数据表中，由传感器ID和板ID识别。
当原位极好的传感器校准方法被使用时，基本单元中的每个传感器模块通过提供极好的传感器模块并且耦合极好的传感器模块到数据端口137依次进行校准。当基本单元包括多个传感器模块时，一个接一个的校准方法可能变得不实用。在本发明的另一个实施例中，分布式传感器***使用“极好的”基本单元或参考基本单元来实现原位极好的基本单元校准方法。在本说明书中，“极好的基本单元”或“参考基本单元”是指包括具有已知和验证的性能特性的一组给定的传感器模块的，具有相同传感器模块或传感器模块的子模块的另一个基本单元可以被测试或与之进行比较基本单元。当极好的基本单元被使用时，极好的基本单元被放置在被测试的基本单元的附近。在一些情况下，极好的基本单元应该被放置在被测试基本单元附近一段时间，以允许极好的基本单元适应与被测试的基本单元相同的环境条件。
随着因此布置极好的基本单元，极好的基本单元取得传感器测量数据，所述传感器测量数据通过操作具有在其上的传感器模块中的每个的传感器ID和极好的基本单元的板ID的控制器180被传输到中心服务器。中心服务器通过传感器模块的传感器ID和极好的基本单元的板ID识别作为源自极好的基本单元的极好的或参考传感器测量接收的原始传感器数据。同时，中心服务器还从被测试基本单元的传感器模块接收作为测试传感器测量的原始传感器数据，其通过传感器ID和被测试基本单元的板ID识别。由于极好的基本单元被放置在被测试的基本单元的附近，由极好的基本单元和被测试的基本单元生成的传感器测量应当是大致相同的。接收极好的基本单元的极好的传感器测量和被测试基本单元的测试传感器测量的中心服务器，因此可以导出应用于被测试的基本单元中的传感器的校正因子以提高传感器测量的精度。更新的校准数据值被存储在被测试的基本单元中的传感器模块的校准数据表中，由传感器ID和板ID识别。
原位极好的基本单元校准方法适用于集体地校准基本单元中的全部传感器模块。在一些实施例中，当多个基本单元被彼此紧密邻近部署时，相同的极好的基本单元可以用于校准一组基本单元，所述组基本单元被安装在距极好的基本单元给定距离内。在一些实施例中，每个基本单元配备有GPS定位装置，并且中心服务器使用每个基本单元的GPS定位数据以确定紧密邻近极好的基本单元的所述组基本单元。
图6是示出了本发明的实施例中的原位校准方法的流程图。如上所述，原位校准方法可以使用极好的传感器或极好的基本单元来实现。参照图6，原位校准方法270开始于272，当中心服务器接收被识别为来自极好的传感器的传感器测量时，所述极好的传感器可以是连接到被测试的基本单元的极好的传感器模块或极好的基本单元中的极好的传感器。在274，中心服务器通过传感器ID和板ID识别传感器测量作为极好的传感器测量。在极好的传感器校准的情况下，传感器ID识别极好的传感器，同时板ID识别极好的传感器附连到其上的基本单元。在极好的基本单元校准的情况下，传感器ID和板ID识别极好的基本单元。
在276，中心服务器接收来自被测试的传感器的测试传感器测量。在极好的传感器校准的情况下，传感器ID识别被测试的传感器，同时板ID识别极好的传感器附连到其上的基本单元。在极好的基本单元校准的情况下，传感器ID和板ID识别被测试的基本单元中的传感器模块。被测试的基本单元可以是一个或多个基本单元，其位于物理上紧密邻近极好的基本单元的位置。在278，方法270评估来自极好的传感器测量的校准数据值，并且评估来自被测试传感器测试传感器测量。在280，方法270将被测试的传感器的更新的校准数据值存储在校准数据表中。
在一个实施例中，执行多点校准。也就是，在不同的环境条件下，取得多个极好的传感器测量和被测试的传感器的多个测试传感器测量，例如，在白天和夜间，在工作时间或在下班时间。从多个传感器测量获得的校准数据值通常给出更好的结果。
在另一个实施例中，以高频率执行单点校准。也就是，校准数据是从在一个环境条件下取得的极好的传感器测量计算出来的，但是方法270周期性地以高频地重复。通过经常更新校准数据，校准数据的精度也被提高。
在本发明的实施例中，极好的基本单元和被测试的基本单元以串行或主从配置连接。以这种方式，来自被测试的基本单元的传感器数据自动地与极好的传感器数据相关联，使得中心服务器可以容易地识别被校准的传感器和用于校准的极好的传感器数据。当极好的基本单元以主从配置与被测试的基本单元连接时，极好的传感器测量通过被测试的基本单元被传输到中心服务器。被测试的基本单元中的控制器将其板ID(“测试板ID”)附加到极好的基本单元的传感器ID/板ID，使得中心服务器可以将极好的传感器测量识别为是通过被测试的基本单元提供的。以这种方式，任何后续接收的具有相同测试板ID的传感器测量将那些传感器测量识别为是来自被测试的基本单元的。
图7是示出了本发明的实施例中的串行连接的原位校准方法的流程图。参照图7，串行原位校准方法300开始于302，当中心服务器接收传感器测量时，所述传感器测量被识别为是来自通过被测试基本单元传输的极好的基本单元。在304，中心服务器通过极好的基本单元的传感器ID和板ID识别传感器测量作为极好的传感器测量。中心服务器还通过板ID识别被测试的基本单元，所述板ID被附加到极好的传感器测量。被测试的基本单元的板ID将被称为“测试板ID”。
在306，中心服务器接收来自被测试的传感器的传感器测量作为测试传感器测量。在308，方法300评估来自极好的传感器测量校准数据值，并且评估来自被测试的基本单元测试传感器测量。在310，方法300将被测试的基本单元中的传感器模块的更新的校准数据值存储在校准数据表中。当极好的传感器测量通过被测试的基本单元被汇集以被传输到中心服务器时，极好的传感器测量和被测试的基本单元的传感器测量彼此自动地相关联，使得被测试的基本单元的校准数据可以容易地更新。
根据本发明的其他方面，分布式传感器***可以不使用任何参考传感器或参考基本单元而在基本单元中执行传感器的校准。在一个实施例中，分布式传感器***基于一组相同传感器类型的相邻传感器的网络效应进行群包(crowd-source)校准。在所述分布式传感器***中，当一组基本单元彼此足够紧密邻近以测量类似的环境条件时，通常存在有部署在装置中的基本单元阵列。一组具有预期的类似的传感器的测量的相邻基本单元的性能可以用于校准该组基本单元中的传感器。在一个实施例中，具有预期的类似的传感器的测量的相邻基本单元被指定为属于校准组。中心服务器比较在所述校准组的基本单元中的给定传感器的传感器测量。基于来自校准组的传感器测量的分析，中心服务器可以确定在基本单元中的一些中的传感器的校准数据值可能需要进行补偿。然后中心服务器可以更新基本单元中的传感器的校准数据值，并且将更新的校准数据存储在校准数据数据库中。
根据本发明的另一方面，分布式传感器***使用与在相同基本单元中收集的环境条件相关联的传感器数据来执行基本单元中传感器的校准。在一个实施例中，基本单元包括温度传感器和/或湿度传感器。大多数用于测量空气质量参数的传感器具有温度依存性和/或湿度依存性。在本发明的实施例中，中心服务器收集由基本单元记录的温度和/或湿度数据，并且使用温度和/或湿度数据以校准由相同基本单元中的空气质量传感器生成的传感器测量。以这种方式，温度和/或湿度依存性可以从基本单元的传感器测量中移除，并且传感器测量可以变得更准确。
在本发明的又另一方面中，分布式传感器***基于传感器交叉敏感度来执行基本单元中传感器的校准。一些空气质量传感器具有交叉灵敏度，所述交叉灵敏度具有对目标污染物以外的污染物作出响应的潜力。因此，针对两个不同目标污染物设计的两个传感器类型可以一定程度上对空气中的相同污染物作出响应。例如，臭氧传感器和一氧化氮传感器具有给定程度的传感器交叉敏感度。在那种情况下，在配备有臭氧传感器和一氧化氮传感器的基本单元中，来自两个传感器的传感器测量应当由于交叉敏感度而在一定程度上彼此相互关联。也就是，如果来自臭氧传感器的传感器测量指示增加的检测水平，则一氧化氮传感器也应当指示检测水平方面的类似的增加。在本发明的实施例中，中心服务器通过分析来自具有交叉敏感性的传感器的传感器测量来监测和校准传感器性能。在一个实施例中，中心服务器从第一传感器类型的第一组传感器接收传感器测量，并且从第二传感器类型的第二组传感器接收传感器测量，所述第二传感器类型具有与第一传感器类型的传感器交叉灵敏度。中心服务器基于第一和第二组传感器的传感器测量生成对校准数据的补偿。
此外，在本发明的实施例中，中心服务器从第一传感器类型的第一组传感器接收传感器测量，并且从第二传感器类型的第二组传感器接收传感器测量，所述第二传感器类型具有与第一传感器类型的传感器交叉灵敏度。中心服务器基于传感器测量和传感器交叉灵敏度特性来确定不同气体的物种形成，也就是单独的气体的浓度。在一个实施例中，通过基于已知的交叉灵敏度来分析传感器测量，给定气体的浓度可以被确定。
在本发明的又另一方面，分布式传感器***基于已知的环境条件执行传感器的校准。特别地，中心服务器通过分析在一段时间内的相同环境条件下从传感器取得的传感器测量来执行传感器的校准。例如，基本单元被安装在办公室，并且办公室在午夜和黎明的时间之间是闲置的。中心服务器可以在一段时间内(例如，6个月)在相同时间(例如，凌晨2点)收集来自传感器的传感器测量。中心服务器分析在一段时间内的相同环境条件下从传感器取得的传感器测量以确定趋势。中心服务器基于趋势分析来确定对传感器的校准数据的补偿。
在一些实施例中，基本单元将结合在其中的传感器模块的传感器校准数据存储在基本单元的本地存储器中。参照图3，基本单元120可以将传感器模块140-1到140-3的校准数据存储在控制器180上的存储器186中。控制器还操作以将原始传感器数据传输到中心服务器。然而，在本发明的实施例中，控制器180执行原始传感器数据的本地校准，并且生成本地校准的传感器数据。本地校准的传感器数据可以被存储在存储器186中。
在本发明的其他方面中，校准在分布式传感器***中传感器的方法，所述分布式传感器***包括多个在空间上分布的基本单元，所述基本单元经由数据网络与中心服务器进行通信，每个基本单元包括一个或多个传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，所述方法包括：从第一基本单元中的参考传感器接收参考传感器测量；通过传感器识别符和板识别符识别参考传感器测量，所述传感器识别符唯一地识别第一基本单元中的参考传感器，并且所述板识别符唯一地识别第一基本单元；从第一被测试的传感器接收测试传感器测量；使用参考传感器测量和测试传感器测量来评估第一被测试的传感器的校准数据值；以及存储第一被测试的传感器的更新的校准数据值。
在一些实施例中，第一被测试的传感器被设置在第一基本单元中，并且参考传感器被耦合到第一基本单元的数据端口，并且所述方法还包括：通过传感器识别符和板识别符识别测试传感器测量，所述传感器识别符唯一地识别第一被测试传感器，并且所述板识别符唯一地识别第一基本单元。
在一些实施例中，第一基本单元包括参考基本单元并且第一被测试的传感器形成在第二基本单元中，参考基本单元被放置在第二基本单元的邻近处，并且所述方法还包括：通过传感器识别符和板识别符识别测试传感器测量，所述传感器识别符唯一地识别第一被测试的传感器，以及所述板识别符唯一地识别第二基本单元。
在一些实施例中，第一基本单元包括参考基本单元并且第一被测试的传感器形成在第二基本单元中，并且所述方法还包括：以主从配置连接参考基本单元和第二基本单元；以及通过第二基本单元传输参考传感器测量。
在一些实施例中，所述方法还包括：通过传感器识别符、板识别符和测试板识别符识别参考传感器测量，所述传感器识别符唯一地识别第一基本单元中的参考传感器，所述板识别符唯一地识别参考基本单元，所述测试版识别符唯一地识别第二基本单元；通过传感器识别符和板识别符识别测试传感器测量，所述传感器识别符唯一地识别第一被测试的传感器，以及所述板识别符唯一地识别第二基本单元；以及使用第二基本单元的板识别符来关联参考传感器测量和来自第一被测试的传感器的传感器测量。
在一些实施例中，所述方法还包括：从参考传感器接收在多个环境条件下取得的参考传感器测量；从第一被测试的传感器接收在多个环境条件下取得的测试传感器测量；以及使用在多个环境条件下取得的参考传感器测量和测试传感器测量来评估第一被测试的传感器的校准数据值。
在一些实施例中，所述方法还包括：从在多个基本单元中的多个传感器接收测试传感器测量，所述多个基本单元被放置在距参考基本单元的给定距离内；使用被测试传感器中的每个的参考传感器测量和测试传感器测量来评估多个被测试的传感器的校准数据值；以及存储多个被测试的传感器的更新的校准数据值。
在一些实施例中，所述方法还包括：使用来自基本单元和参考基本单元的位置数据来确定具有被测试的传感器的基本单元在距参考基本单元的给定距离内。
在本发明的其他方面中，校准分布式传感器***中传感器的方法，所述分布式传感器***包括多个在空间上分布的基本单元，所述基本单元经由数据网络与中心服务器进行通信，每个基本单元包括一个或多个传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，所述方法包括：从属于校准组的相邻基本单元中相同传感器类型的传感器接收传感器测量；分析校准组中的传感器的传感器测量；使用从校准组接收的传感器测量来评估校准组中一个或多个传感器的校准数据值；以及存储一个或多个传感器的更新的校准数据值。
在一些实施例中，所述方法还包括：当基本单元中的相同传感器类型的传感器被预期生成类似的传感器测量时，关联校准组中的相邻基本单元。
在本发明的其他方面，校准分布式传感器***中的传感器的方法，所述分布式传感器***包括多个在空间上分布的基本单元，所述基本单元经由数据网络与中心服务器进行通信，每个基本单元包括一个或多个传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，所述方法包括：从第一基本单元中的第一传感器接收与空气质量相关联的传感器测量；从第一基本单元接收与环境条件相关联的传感器测量；使用与环境条件相关联的传感器测量来评估第一传感器的校准数据值；以及存储第一传感器的更新的校准数据值。
在一些实施例中，所述从第一基本单元接收与环境条件相关联的传感器测量包括：从第一基本单元接收与温度相关联的传感器测量。
在一些实施例中，所述从第一基本单元接收与环境条件相关联的传感器测量包括：从第一基本单元接收与湿度相关联的传感器测量。
在本发明的其他方面，校准分布式传感器***中传感器的方法，所述分布式传感器***包括多个在空间上分布的基本单元，所述基本单元经由数据网络与中心服务器进行通信，每个基本单元包括一个或多个传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，所述方法包括：将基本单元中的第一传感器与基本单元中的具有传感器交叉灵敏度的第二传感器相关联；接收来自第一传感器和第二传感器的传感器测量；分析来自第一传感器和第二传感器的传感器测量；基于来自第一和第二传感器的传感器测量来评估第一和第二传感器的校准数据值；以及存储第一和第二传感器的更新的校准数据值。
在一些实施例中，所述方法还包括：基于来自第一传感器和第二传感器的传感器测量和传感器交叉灵敏度特性来确定由第一传感器测量的气体浓度。
在本发明的其他方面中，校准分布式传感器***中传感器的方法，所述分布式传感器***包括多个在空间上分布的基本单元，所述基本单元经由数据网络与中心服务器进行通信，每个基本单元包括一个或多个传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，所述方法包括：在一段时间内的已知环境条件下从第一基本单元的第一传感器接收多个传感器测量；分析多个传感器测量以确定趋势；基于趋势分析来评估第一传感器的校准数据值；以及存储第一传感器的更新的校准数据值。
虽然为了清楚理解，本发明已经相当详细地描述了上述实施例，但是本发明并不限于所提供的细节。还有许多实现本发明的备选方法。本公开的实施例是说明性的而不是限制性的。

Claims (16)

1.一种分布式传感器***，其包括：
与数据网络通信的多个空间上分布的基本单元，每个基本单元包括控制器以及一个或多个传感器模块，每个传感器模块包括传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，每个基本单元中的控制器配置成经由所述数据网络传输与所述传感器模块中的每个相关联的原始传感器数据，传感器模块的所述原始传感器数据通过传感器识别符和板识别符来识别，所述传感器识别符唯一地识别基本单元中的传感器模块中的传感器，所述板识别符唯一地识别所述***中的所述基本单元；以及
与所述数据网络通信的中心服务器，所述中心服务器包括数据处理器以及一个或多个数据库，所述中心服务器配置成接收来自所述多个基本单元的原始传感器数据，并且将所述原始传感器数据存储在数据库中。
2.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述多个基本单元中的每个基本单元配置成通过无线通信或有线通信来与所述数据网络通信。
3.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述多个基本单元中的第一基本单元和第二基本单元包括相同传感器类型的传感器。
4.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述多个基本单元中的第一基本单元和第二基本单元包括不同传感器类型的传感器。
5.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述多个基本单元中所述一个或多个传感器模块中的每个配备有通用连接器并且每个传感器模块可拆卸地附连到在所述基本单元中形成的匹配插座。
6.如权利要求5所述的分布式传感器***，其中每个基本单元包括印刷电路板，所述印刷电路板具有形成在其上的所述控制器和多个匹配插座，所述板识别符识别基本单元中的所述印刷电路板。
7.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述控制器包括支持无线或有线通信的收发器。
8.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述中心服务器包括校准数据数据库和传感器数据数据库，所述传感器数据数据库存储所述原始传感器数据，其中所述原始传感器数据的每个输入与传感器识别符和板识别符相关联，所述校准数据数据库存储所述基本单元的所述传感器模块中的传感器的校准数据，其中校准数据中的每个输入与传感器识别符和板识别符相关联。
9.如权利要求8所述的分布式传感器***，其中所述中心服务器使用具有与所述原始传感器数据相同的传感器识别符和板识别符的校准数据来从所述原始传感器数据生成传感器的校准的传感器数据。
10.如权利要求9所述的分布式传感器***，其中所述中心服务器更新所述校准数据数据库中的传感器的所述校准数据，所述中心服务器使用存储在所述传感器数据数据库中的所述原始传感器数据和所述更新的校准数据来重新产生所述校准的传感器数据，所述更新的校准数据具有与所述原始传感器数据相同的传感器识别符和板识别符。
11.如权利要求1所述的分布式传感器***，其中所述控制器进一步包括存储器，所述存储器存储所述基本单元中的至少一个传感器模块的校准数据，所述控制器进一步配置成使用所述存储的校准数据在所述基本单元处执行所述原始传感器数据的校准。
12.一种在分布式传感器***中执行校准的方法，所述分布式传感器***包括多个在空间上分布的基本单元，所述基本单元经由数据网络与中心服务器进行通信，每个基本单元包括一个或多个传感器，所述传感器配置成测量空气质量参数，所述方法包括：
在数据库中保持所述分布式传感器***中的传感器的校准数据，所述传感器的校准数据与传感器识别符和板识别符相关联，所述传感器识别符唯一地识别基本单元中的所述传感器，所述板识别符唯一地识别***中的所述基本单元；
从第一基本单元中的第一传感器接收原始传感器数据；
通过第一传感器识别符和第一板识别符来识别所述原始传感器数据，所述第一传感器识别符识别所述第一传感器，所述第一板识别符识别所述第一基本单元；
使用所述第一传感器识别符和所述第一板识别符来检索所述第一传感器的所述校准数据；
使用所述检索的校准数据来调整所述原始传感器数据；以及
生成所述第一传感器的校准的传感器数据。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
在数据库中存储所述第一传感器的所述原始传感器数据；
更新通过所述第一传感器识别符和所述第一板识别符识别的所述第一传感器的所述校准数据；
使用所述第一传感器识别符和所述第一板识别符从所述数据库检索所述第一传感器的所述原始传感器数据；
使用所述更新的校准数据来调整所述原始传感器数据；以及
生成所述第一传感器的更新的校准的传感器数据。
14.如权利要求12所述方法，其中所述校准数据包括增益校正值、或偏移校正值、或斜率校正值、或非线性标度值。
15.如权利要求12所述的方法，其中在数据库中保持所述分布式传感器***中的传感器的校准数据包括：
使每个传感器的校准数据与有效日期范围相关联。
16.如权利要求12所述的方法，其中在数据库中保持所述分布式传感器***中的传感器的校准数据包括：
使每个传感器的校准数据与有效指示符相关联。
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